2011 Юго-западное отключение электроэнергии

Авария на юго-западе 2011 года , также известная как Великая авария 2011 года , ^[1]^[2] была масштабным отключением электроэнергии , которое затронуло район Сан-Диего-Тихуана, южную часть округа Ориндж, долину Империал , долину Мехикали, долину Коачелла и части Аризоны . ^[3] Она произошла в четверг, 8 сентября 2011 года, и началась примерно в 15:38 по тихоокеанскому времени, и стала крупнейшим отключением электроэнергии в истории Калифорнии. ^[4]

Фон

Во время отключения электроэнергии в 2011 году три отдельных параллельных пути передачи соединяли Южную Калифорнию с генерирующими станциями в Аризоне. Избыточная энергия затем продавалась в Нижнюю Калифорнию , которая отключила 600 МВт генерирующего оборудования для обслуживания. ^[5]

Southwest Power Link, одноцепная линия электропередачи 500 кВ, соединила San Diego Gas & Electric (SDG&E, дочерняя компания Sempra Energy ) с системой Arizona Public Service (APS) через подстанцию North Gila около Юмы, штат Аризона ^{[Примечание 1]} Никакие другие пути 500 кВ не соединяют SDG&E и смежные коммунальные службы, но Path 44, набор из пяти отдельных линий электропередачи 230 кВ, соединил SDG&E с Southern California Edison (SCE) через распределительное устройство атомной электростанции Сан-Онофре . ^{[Примечание 2]} Затем SCE подключается к системе APS через другой путь 500 кВ , называемый Path 46. ^[6]^{: 4, 21–22}

В случае перегрузки распределительное устройство Сан-Онофре было спроектировано так, чтобы отключать проблемные линии, но такого отключения никогда не случалось раньше. Ни Западный совет по электроснабжению (WECC), отвечающий за надежность системы, ни Калифорнийский независимый системный оператор (CAISO), который координирует производство электроэнергии в штате, не изучали последствия отключения и не устанавливали сигналы тревоги, указывающие на то, что выключатели находятся под угрозой срабатывания. Следовательно, CAISO ошибочно полагал, что у него будет 30 минут, чтобы отреагировать в случае перегрузки Пути 44. ^[6]^{: 50}

Imperial Irrigation District (IID), который управляет 92 кВ системой передачи север-юг в долине Империал, обычно импортировал электроэнергию через цепь 230 кВ, подключенную к SDG&E, а другую — к SCE около Палм-Спрингс. Western Area — Lower Colorado (WALC) обычно экспортировал электроэнергию в каждую из них через аналогичные линии 161 кВ к плотине Гувера . В необычных условиях сети SDG&E мог (и будет) импортировать электроэнергию по обходным путям через эти связи с более низким напряжением, ^[6]^{: 4, 21–22,} но системы IID и WALC, как правило, считались слишком мелкими для включения в анализы устойчивости сети. ^[6]^{: 36}

День отключения был жарким днем конца лета/начала осени, когда Калифорния импортировала почти максимальную мощность, которую могла выдержать система передачи. По ту сторону границы система Baja California компании Comisión Federal de Electricidad (CFE) (подключенная к SDG&E, но изолированная от основной мексиканской электросети) уже работала на максимальной мощности генерации. ^[6]^{: 20, 24, 26}

Менеджеры сетей поддерживают стабильность с помощью критерия « $n -1$ » : система должна оставаться в пределах рабочих ограничений, даже если один компонент выходит из строя. Если только многие компоненты не работают близко к своим рабочим ограничениям, эта практика обычно обеспечивает операторам сетей достаточно времени, чтобы отреагировать на отказ. ^[7] До отключения состояние системы IID нарушало критерий $n -1$ : отказ трансформатора в долине Коачелла привел бы к дальнейшим отказам трансформаторов. Поскольку IID не требовал активного человеческого контроля за состоянием $n -1$ в то время, IID не пытался перераспределить мощность и снизить риск. ^{[Примечание 3]}^[6]^{: 25–26}

События

Отключение стало результатом 23 отдельных событий, произошедших в 5 отдельных электросетях в течение 11 минут. ^[8]

Около 14:00 на подстанции APS North Gila отказала конденсаторная батарея. Техник, отправленный для отключения конденсаторной батареи, случайно пропустил критический шаг, который включал обход цепи передачи вокруг конденсаторов. Попытка отключить конденсаторную батарею под нагрузкой привела к образованию дуги на переключателях, когда они открывались. В 15:27 дуги от двух фаз пересеклись, что привело к короткому замыканию между фазами, которое вызвало срабатывание масляного выключателя выше по потоку, защищая подстанцию от повреждения. Однако большой перенос заряда, произошедший при открытии линии, привел к выходу одной из линий передачи из фазы , что помешало повторному подключению. ^[6]^{: 27–30}^[8]

Состояние линии вне фазы не было видно диспетчерам до повторного включения на следующий день. Когда WECC немедленно позвонила в APS по поводу отказа линии, APS заверила их, что линия может вернуться в эксплуатацию в течение 5–10 минут. Поскольку последующий обвал произошел в течение следующих 11 минут, WECC не предприняла никаких действий во время события для разработки альтернативных путей передачи, схем генерации или распределения нагрузки. ^[6]^{: 30, 33}

После отключения Southwest Power Link поток электроэнергии из Аризоны перенастроился в соответствии с законами цепи Кирхгофа . Переходные токи от этой перенастройки могли привести к отключению одного из генераторов CFE; CFE начала импортировать электроэнергию из южной Калифорнии, чтобы компенсировать разницу. ^[6]^{: 33–34}^[8]

Из мощности, которую ранее передавала Southwest Power Link, 3 ⁄ 4 теперь проходили через систему передачи SCE через Риверсайд и округ Ориндж , а затем на юг через Сан-Онофре. Оставшаяся 1 ⁄ 4 текла через системы подпередач IID и WALC с более низким напряжением. Этот ток перегрузил два трансформатора на подстанции IID в долине Коачелла, которые были готовы отключиться, чтобы предотвратить повреждение. Контрольное оборудование центра управления IID вышло за пределы шкалы, и поэтому контроллер не отреагировал во время запрограммированной задержки в 40 секунд. Четыре минуты спустя, в 15:32, другой трансформатор на подстанции IID в Рамоне, которая была единственным другим соединением с SCE на севере, также отключился, ^{[Примечание 4]} , и IID начала автоматически сбрасывать нагрузку . ^[6]^{: 31, 40–41}

В 15:35 система WALC также начала работать со сбоями, сначала отключившись от Southwest Power Link в Джиле , а затем вручную сбросив нагрузку на север в Паркере . ^[6]^{: 44–45} После этих событий система WALC стабилизировалась и продолжила поставлять электроэнергию в Блайт в долине Пало-Верде после отключения электроэнергии. ^[9]

Тем временем CAISO признала, что сеть Южной Калифорнии находится под угрозой краха. Из-за своей неверной оценки 30 минут до сбоя, она не проинформировала SDG&E о необходимости сброса нагрузки. Вместо этого она приказала ввести в эксплуатацию газотурбинные электростанции Kearny Mesa и Wildflower Larkspur Energy Facility (рядом с Otay Mesa ), запуск которых занял бы (соответственно) 10 и 20 минут. ^[6]^{: 42, 45, 50}

После отключения WALC в Джиле система IID отключила единственную оставшуюся связь север-юг в излишней осторожности в 3:37 вечера. После этого вся импортируемая электроэнергия для Сан-Диего; Империал-Вэлли ; Юмы, Аризона ; и Нижней Калифорнии могла поступать только по связям Path 44 через Сан-Онофре. В этот момент отключение электроэнергии было неизбежным: линии Path 44 не могли устойчиво выдерживать такой ток, и не было времени, чтобы сказать южным коммунальным службам о необходимости снизить нагрузку. ^[6]^{: 48}

Через несколько секунд после отключения IID от севера, он также отключился от SDG&E, но не раньше, чем автоматически отключил две генерирующие установки в Ла-Росите, Мексика. Остров IID продолжил бы сбрасывать нагрузку и отключаться. ^[6]^{: 49, 102}

Без генераторов La Rosita ток по Path 44 превысил бы автоматические настройки реле распределительного устройства San Onofre. В течение нескольких секунд San Onofre отключил San Diego, Baja California и Yuma от остальной части Western Interconnection , которая обеспечивала их большей частью их генерирующей мощности. ^[6]^{: 48–49}

SDG&E, CFE и APS мгновенно начали автоматически сбрасывать нагрузку. Однако схемы защиты генератора CFE также снизили генерирующую мощность, сопоставимую с потерянной нагрузкой; CFE продолжал импортировать электроэнергию из SDG&E, пока соединения автоматически не открылись 2 с спустя. В то же время Yuma также отключилась от SDG&E, создав карман, который генерирующая установка Yucca продолжала снабжать энергией еще 15 секунд. К тому времени, как SDG&E изолировала себя, частота уже снизилась до такой степени, что Сан-Диего не мог восстановиться без повреждения генераторов. ^[6]^{: 53–57}

Анализ

После отключения электроэнергии федеральные, региональные и местные власти расследовали причины отключения. ^[10] По словам следователей Федеральной комиссии по регулированию энергетики США и Североамериканской корпорации по надежности электроснабжения , проблемы включали:

Операторы передачи не всегда обновляли планы действий в чрезвычайных ситуациях, чтобы учитывать ежедневные работы по техническому обслуживанию. Когда они создавали планы действий в чрезвычайных ситуациях, они не координировали действия с соседними коммунальными службами, не анализировали влияние низковольтных распределительных систем (как и большая часть сети IID) или не использовали полностью актуальную информацию о запланированных передачах электроэнергии. ^[6]^{: 63–66}
WECC выполнил сезонный анализ непредвиденных обстоятельств только в пределах определенных регионов и субрегионов, не анализируя возможные межрегиональные эффекты или несезонную погоду. ^[6]^{: 74–78}
Анализы непредвиденных обстоятельств, проводимые местными операторами передачи электроэнергии, как правило, не охватывали весь спектр возможных сценариев распределения электроэнергии. ^[6]^{: 81}
Многие операторы передачи не сравнивали свои собственные модели или модели WECC с реальным поведением системы и, следовательно, имели нереалистичные ожидания относительно своей системы в кризисной ситуации. ^[6]^{: 82–84}
Операторы передачи имели ограниченную или никакую возможность наблюдать за внутренними условиями в соседней сети передачи, даже если эти внутренние условия могут вызывать и вызывают большие внешние потоки. ^[6]^{: 86–87}
Несколько операторов передачи (не только IID) не имели звуковых или визуальных сигналов тревоги в случае, если система не находилась в $(n -1)$ -стабильном состоянии. IID даже не пытался поддерживать свою систему в $(n -1)$ -стабильном состоянии. Когда он потерял возможность контролировать свое собственное состояние, WALC не запросил помощи. Наконец, WECC не рассматривал сбои в межсоединении при операционализации критерия $n -1$ . ^[6]^{: 88–91, 94–95, 97–100}
SDG&E, CFE и IID все полагались на «линию S» между La Rosita и El Centro , но не координировали настройки защиты линии. Если бы генераторы La Rosita оставались в сети, отключение, вероятно, осталось бы изолированным от системы IID. ^[6]^{: 100–102}
SCE не анализировало воздействие обстановки в Сан-Онофре, которая, по мнению федеральных следователей, в любом случае была ненужной. ^[6]^{: 102–103, 105–107}
WECC, по-видимому, неправильно классифицировал ряд автоматических аварийных протоколов, тем самым уклоняясь от анализа, который национальные стандарты требовали от него выполнить. ^[6]^{: 104–105}
В ряде случаев операторы передачи электроэнергии устанавливают защитные реле ниже аварийных значений или недостаточно высоко над ними, чтобы дать операторам время для реагирования. ^[6]^{: 107–110}
APS не могла контролировать фазы обесточенных линий электропередач. ^[6]^{: 112}
В процессе восстановления после отключения электроэнергии WECC не смогла должным образом координировать работу соседних коммунальных служб. ^[6]^{: 62}

Эффект

Пострадали пять коммунальных служб: SDG&E, обслуживающая округ Сан-Диего и части южного округа Ориндж и округа Риверсайд ; Imperial Irrigation District, обслуживающая долину Империал; часть Comisión Federal de Electricidad (CFE), электроэнергетической компании Мексики, обслуживающей Нижнюю Калифорнию; Arizona Public Service (APS); и система Lower Colorado Управления энергетики Западной области (WALC). Отключение электроэнергии оставило без электричества около семи миллионов человек ^[3] , включая 1,4 миллиона клиентов в округе Сан-Диего ^[11]^[12] и 1,1 миллиона клиентов в Мексике. ^[3]

Наиболее пострадавший от отключения электроэнергии регион, столичный округ Сан-Диего-Тихуана , по сути, был остановлен. Наземные улицы оказались заблокированы из-за потери светофоров, а горизонт Сан-Диего потемнел. Система трамвая Сан-Диего была закрыта, поскольку не было электроэнергии для работы поездов и связанных с этим функций. Жители Тихуаны и внутренних районов, таких как долина Коачелла, оставались на улице до позднего вечера, чтобы спастись от жары. ^[12] На автострадах в регионе наблюдались экстремальные заторы, особенно на коридорах I-5 и I-15 между юго-восточной частью Большого Лос-Анджелеса и округом Север в районе Сан-Диего . ^[12] Одна больница осталась без электроэнергии на два часа, когда отказал ее резервный генератор. ^[13]

Отключение электроэнергии нанесло значительный ущерб ресторанам и продуктовым магазинам, которые были вынуждены выбросить большое количество испорченных продуктов; потери скоропортящихся продуктов в продуктовых магазинах, заведениях общественного питания и домохозяйствах оцениваются в 12–18 миллионов долларов. ^[14] Отключение электроэнергии также привело к выходу из строя некоторых канализационных насосных станций, что привело к загрязнению пляжей и потенциально небезопасному водоснабжению в нескольких районах. ^[15] В качестве меры предосторожности жителям некоторых районов было рекомендовано кипятить воду или использовать бутилированную воду в течение нескольких дней после отключения электроэнергии. ^[16] Из-за отказа на канализационных насосных станциях на пяти насосных станциях были установлены дизельные генераторы . ^[17]

Оба блока 2 и 3 на атомной электростанции Сан-Онофре также автоматически отключились после образования острова Сан-Диего-Баха-Юма, поскольку оставшаяся Западная межсистемная связь имела меньшую потребность в выработке электроэнергии. ^[6]^{: 55–56}^[18]

Восстановление

Через одиннадцать часов после начала отключения электроэнергия была восстановлена для 694 000 пострадавших клиентов, ^[19] и к 4:30 утра 9 сентября электроэнергия была восстановлена для всех клиентов, хотя система все еще описывалась как «хрупкая». ^[20] В качестве меры предосторожности все государственные школы в округе Сан-Диего и объединенный школьный округ Капистрано в южном округе Ориндж были закрыты 9 сентября. Большинство крупных университетов и общественных колледжей, а также все федеральные суды в Сан-Диего также были закрыты в этот день. ^[20]

Ссылки FERC

FERC выдвинула обвинения в предполагаемых нарушениях стандартов шести организациям: Arizona Public Service, California Independent System Operator, Imperial Irrigation District, Southern California Edison, Western Area Power Administration и Western Electricity Coordinating Council.

Страхи терроризма

Отключение произошло за несколько дней до десятой годовщины терактов 11 сентября , а за несколько часов до этого Министерство внутренней безопасности США предупредило о потенциальной террористической атаке, которая может произойти в преддверии годовщины. Соответственно, первой реакцией на отключение электроэнергии было предположение, что отключение электроэнергии могло быть результатом атаки. Однако Федеральное бюро расследований и SDG&E исключили терроризм на раннем этапе своего расследования ^[21] , а последующие доказательства не указывали на преднамеренную причину отключения электроэнергии. ^[6]

Смотрите также

Отключения электроэнергии в Западной Северной Америке в 1996 году
Калифорнийский энергетический кризис
Северо-восточное отключение электроэнергии в 2003 году
Тропа 46 , также называемая «К западу от реки Колорадо», Аризона-Калифорния, тропа к западу от реки (WOR)

Примечания

^ В следующем году SDG&E завершила Sunrise Power Link, вторую линию 500 кВ, которая идет параллельно Southwest Power Link к западу от долины Империал. По состоянию на июль 2014 года ^{[обновлять]}оставшийся участок в Аризону по-прежнему представляет собой одну линию.
^ В то время завод Сан-Онофре еще не был выведен из эксплуатации. После закрытия завода маршрут 44 продолжает проходить через распределительное устройство завода.
^ Даже если бы отказ трансформатора IID не привел к дальнейшим отказам, стандартная эксплуатационная процедура IID основывалась на нереалистично быстром запуске газотурбинной электростанции для смягчения последствий. ^[6]^{: 41}
^ Четырехминутная задержка на самом деле была вызвана ошибкой, допущенной IID при настройке реле защиты от перегрузки. Если бы они были установлены правильно, все три трансформатора IID отключились бы почти мгновенно. ^[6]^{: 40–41}

Ссылки

^ Ромеро, Деннис (13 сентября 2011 г.). «Иск о отключении электроэнергии требует статуса коллективного иска в Федеральном суде для миллионов людей, пострадавших от отключения электроэнергии в Южной Калифорнии». LA Weekly, LP.
^ Дитлер, Джо (16 сентября 2011 г.). «Великий блэкаут Коронадо 2011 года». Coronado Eagle & Journal.
^ abc "Последствия отключения электроэнергии сохраняются". San Diego Union Tribune . 9 сентября 2011 г. Получено 18 сентября 2011 г.
^ Медина, Дженнифер (10 сентября 2011 г.). «Расследуется человеческий фактор в распространении отключения электроэнергии в Калифорнии на шесть миллионов человек». The New York Times . стр. A15 . Получено 10 сентября 2011 г. На следующий день после того, как крупнейший сбой в подаче электроэнергии в истории Калифорнии оставил миллионы людей в Южной Калифорнии, Западной Аризоне и Северной Мексике без электричества в одну из самых жарких недель года, местные и федеральные чиновники пообещали в пятницу расследовать причину.
^ Velay, Maxime; Vinyals, Meritxell; Besanger, Yvon; Retière, Nicolas (сентябрь 2018 г.). Анализ крупномасштабных отключений электроэнергии с 2005 по 2016 г. 53-я Международная университетская конференция по энергетике. Глазго. стр. 8541901. doi :10.1109/UPEC.2018.8541901. HAL hal-02330748.
^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz aa ab ac ad ae af Отключения электроэнергии в Аризоне и Южной Калифорнии 8 сентября 2011 г.: Причины и рекомендации (Отчет). Федеральная комиссия по регулированию энергетики / Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения . Апрель 2012 г. Получено 19 августа 2023 г.
^ Уиллис, Х. Ли (1 марта 2004 г.). «Критерии планирования на основе непредвиденных обстоятельств». Справочник по планированию распределения электроэнергии, второе издание (2-е изд.). CRC Press. С. 499–500. ISBN 978-1-4200-3031-0.
^ abc McDonald, Jeff; Morgan, Lee (16 сентября 2011 г.). «Отключение имело корни и в Мексике». Associated Press . Получено 26 сентября 2011 г.
^ "Широкое отключение электроэнергии нарушает работу Valley". Imperial Valley Press . 8 сентября 2011 г. Архивировано из оригинала 9 апреля 2016 г. Получено 28 марта 2016 г.
^ Макдональд, Джефф; Морган, Ли (9 сентября 2011 г.). «Отключение электроэнергии вызвало несколько расследований». Associated Press . Получено 26 сентября 2011 г.
↑ Бейкер, Дебби (9 сентября 2011 г.). «Подача электроэнергии восстановлена для всех 1,4 миллиона клиентов». San Diego Union Tribune . Получено 10 сентября 2011 г.
^ abc Уотсон, Джули (9 сентября 2011 г.). «Атомная станция закрыта в связи с отключением». The Press-Enterprise . The Associated Press . Получено 10 сентября 2011 г. .
^ "Scripps Mercy проверен после отказа генератора". San Diego Union Tribune . 16 сентября 2011 г. Получено 18 сентября 2011 г.
^ «Несмотря на потери, отключение электроэнергии может принести и пользу». San Diego Union-Tribune . 10 сентября 2011 г.
^ «Отключение электроэнергии закрывает пляжи и ослабляет сеть». KPCC, Southern California Public Radio . 9 сентября 2011 г. Получено 11 сентября 2011 г.
^ «Рекомендация кипятить воду отменена в районах Сан-Диего». San Diego Union Tribune . 11 сентября 2011 г. Получено 11 сентября 2011 г.
↑ Арти Охеда (8 сентября 2012 г.). «San Diego Blackout: One Year Later». KNSD . Получено 23 февраля 2013 г.
^ Отчет NRC о событии от 9 сентября 2011 г., Nuclear Regulatory Commission , 9 сентября 2011 г. , получено 18 сентября 2011 г.
↑ Перри, Тони (9 сентября 2011 г.). «Возобновление подачи электроэнергии для 694 000 клиентов San Diego Gas & Electric, ожидается еще больше». Los Angeles Times . Получено 10 сентября 2011 г.
^ ab "Нормальная жизнь начинает восстанавливаться после восстановления подачи электроэнергии в Сан-Диего". Los Angeles Times . 9 сентября 2011 г. Получено 11 сентября 2011 г.
^ "Массовое отключение электроэнергии в Сан-Диего". International Business Times . 8 сентября 2011 г. Получено 10 сентября 2011 г. Более 1,4 миллиона человек внезапно остались без электроэнергии в Сан-Диего и близлежащих районах на юго-западе США в четверг, всего через несколько часов после того, как Министерство внутренней безопасности предупредило о возможном теракте в дни, предшествующие десятой годовщине 11 сентября.